Пластины из спеченного карбида

Пластины из спеченного карбидаИзвестные также как пластины из цементированного карбида, изготавливаются путем прессования и спекания порошков карбидов тугоплавких металлов с металлическими связующими. Они обладают очень высокой твердостью и износостойкостью, что делает их пригодными для применения в областях, требующих долговечности в экстремальных условиях.

Обзор пластин из спеченного карбида

Пластины из спеченного твердого сплава представляют собой композитные материалы, состоящие из:

  • Твердые частицы карбида, такие как карбид вольфрама (WC), карбид титана (TiC), карбид тантала (TaC), которые обеспечивают износостойкость
  • Металлические связующие, такие как кобальт, никель или железо, которые удерживают частицы карбида вместе

Они производятся методом порошковой металлургии - прессованием и последующим спеканием порошковой смеси при высоких температурах. В результате частицы карбида и связующее вещество сплавляются вместе, образуя микроструктуру карбидов, диспергированных в связующей матрице.

Преимущества пластин из спеченного карбида:

  • Исключительно высокая твердость и износостойкость
  • Сохраняют прочность при высоких температурах
  • Устойчивость к истиранию, эрозии и коррозии
  • Стабильность размеров в диапазоне температур
  • Изменяемые свойства за счет изменения состава порошка
  • Возможно изготовление сложных геометрических форм

Приложения:

Пластины из спеченного карбида находят применение в областях, где требуется долговечность при экстремальных механических, термических или химических нагрузках:

  • Режущие инструменты, фрезерование, сверление
  • Штампы, дыроколы
  • Уплотнительные поверхности, сопла
  • Износостойкие футеровки и пластины
  • Горно-шахтное и нефтебуровое оборудование
  • Элементы высокотемпературных печей

Здесь представлено сравнение марок спеченного карбида и их свойств:

КлассТвердость (HRA)Предел прочности при поперечном разрыве (МПа)Ключевые приложения
P10-P2086-90340-550Износостойкие детали общего назначения
P30-P4090-94550-970Волочильные штампы, ножи для ножниц
P50-P6092-96690-1100Режущие пластины, сверление, фрезерование
P0189-93480-690Высокая температура и химическая стойкость
sintered carbide plates

Состав спеченных твердосплавных пластин

Основными компонентами спеченных твердосплавных пластин являются:

Твердосплавные порошки:

  • Карбид вольфрама (WC) - наиболее широко используется благодаря своей износостойкости
  • Карбид титана (TiC) - высокая твердость при повышенных температурах
  • Карбид тантала (TaC) - очень твердый, с хорошей химической стабильностью
  • Карбид ниобия (NbC) - высокая прочность и вязкость разрушения

Связующие металлы:

  • Кобальт (Co) - наиболее распространен, обеспечивает прочность и жесткость.
  • Никель (Ni) - добавлен для устойчивости к кислотам
  • Железо (Fe) - более дешевая альтернатива кобальту

Дополнительные элементы:

  • Ванадий, хром, молибден - для ингибирования роста зерен
  • Углерод, азот - Для влияния на фазовые превращения

Состав можно варьировать для оптимизации физических, механических и химических свойств. Некоторые примеры:

КлассСостав
Общее назначение88% WC - 12% Co
Высокая прочность76% WC - 10% TiC - 14% Co
Высокая термостойкость65% WC - 35% TaC - 9% Co
Кислотостойкость73% WC - 8% TiC - 8% TaC - 3% Ni - 8% Co

Свойства Пластины из спеченного карбида

Уникальные свойства спеченных твердосплавных пластин обусловлены их особой композитной микроструктурой, состоящей из зерен твердого карбида, поддерживаемых более жесткой металлической связующей матрицей:

Физические свойства

НедвижимостьЗначение
Плотность13-16 г/куб. см
Пористость<1% для марок P/M
Размер зерна1-10 микрон
Коэффициент расширения4-6 x 10-6 /K

Механические свойства

НедвижимостьЗначение
ТвердостьДо 96 HRA (1700 HV)
Предел прочности при поперечном разрывеДо 2,5 ГПа
Прочность на сжатиеДо 8 ГПа
Вязкость разрушенияДо 30 МПа√м
Модуль Юнга500-700 ГПа

Физико-механические свойства могут быть изменены в зависимости от состава, характеристик порошка, параметров спекания и условий термообработки.

Основные характеристики материала:

  • Микроструктура с угловатыми зернами карбида, поддерживаемыми металлической связкой
  • Высокая относительная плотность > 98% теоретическая плотность
  • Равномерное распределение мелких зерен карбида размером 1-10 микрон
  • Оптимальное количество связующего для обеспечения прочности и жесткости
  • Минимальные внутренние дефекты, такие как поры или трещины

Процесс производства пластин из спеченного карбида

Спеченные твердосплавные пластины и различные изделия производятся методом порошковой металлургии:

Шаги

  1. Фрезерование: Порошки твердого сплава и связующего металла измельчаются вместе для обеспечения равномерного смешивания
  2. Компактирование: Гранулированная порошковая смесь прессуется в нужные формы под давлением 100-300 МПа
  3. Облицовка: Органические связующие вещества удаляются из прессованных форм
  4. Агломерация: Зеленый компакт уплотняется путем нагрева до 1400-1500°C в печи с контролируемой атмосферой
  5. Отделка: Спеченные детали шлифуются, обрабатываются и притираются до окончательных размеров

Параметры процесса спекания:

  • Температура: 1350-1500°C
  • Атмосфера: Вакуум или инертный водород/азот
  • Время: от нескольких часов до десятков часов
  • Приспособление для прессования: Горячее прессование или горячее изостатическое прессование
  • Скорость охлаждения: Важна для создания оптимальной микроструктуры

Передовые методы производства

  • Литье металлов под давлением (MIM) позволяет создавать сложные геометрические формы
  • Аддитивное производство (AM) с помощью струйного нанесения связующего и селективного лазерного плавления
  • Гибридное многослойное производство (HLM) сочетает в себе AM и механическую обработку

Характеристики и особенности

Микроструктурные особенности

  • Угловые зерна WC в матрице Co с некоторым количеством эта-фазы
  • Средний размер зерен WC в пределах 1-10 микрон
  • Однородная микроструктура без аномально крупных зерен
  • Почти полная плотность с минимальной внутренней пористостью
  • Без трещин, пустот, включений и подобных дефектов

Физические характеристики

  • Плотная структура с высокой относительной плотностью >98% теоретическая
  • Единая форма и геометрия в соответствии с проектными спецификациями
  • Гладкая поверхность менее 10 микрон Ra
  • Края с фаской или внешние и внутренние профили
  • Допуск на размеры ±0,2% номинальный размер

Механические свойства

  • Твердость по Виккерсу 1600-1800 HV в зависимости от сорта
  • Отличная стойкость к истиранию и эрозионному износу
  • Сильная устойчивость к сколам, трещинам и разрушению
  • Хорошая прочность кромок и ударопрочность
  • Средняя вязкость разрушения около 12-18 МПа√м

Характеристики производительности

  • Последовательное и предсказуемое поведение при износе в различных условиях эксплуатации
  • Длительный и надежный срок службы инструмента при экстремальных давлениях и температурах
  • Отличная устойчивость к тепловым ударам благодаря низкому коэффициенту теплопроводности
  • Химически инертен к большинству кислот, кроме азотной и фтористоводородной.
  • Минимальная коррозия во влажной среде

Типичные области применения пластин из спеченного карбида

Благодаря оптимальному балансу твердости, прочности и огнеупорных свойств спеченные твердосплавные пластины обеспечивают исключительный срок службы в следующих тяжелых условиях эксплуатации:

Устойчивость к износу и истиранию

  • Режущие пластины и режущие инструменты
  • Чертежные штампы
  • Форсунки, уплотнения, седла клапанов
  • Рабочие колеса и корпуса насосов
  • Футеровка оборудования для гранулирования
  • Желоба, шнеки, мельницы в горнодобывающей промышленности

Высокая температура и устойчивость к коррозии

  • Печные вагонетки и футеровка печей
  • Защитные трубки для термопар
  • Мишени для напыления в полупроводниковой промышленности
  • Плунжеры и штоки в химической промышленности

Специализированные инженерные приложения

  • Пуленепробиваемая броня и композитные пластины
  • Сверла для микродрелей
  • Оптика и компоненты лазерного оборудования

Для большинства применений используются марки спеченного карбида с различным количеством металлических связующих в зависимости от требуемого уровня прочности, стойкости к ударам или термическому шоку. Соответствующая марка, толщина, размер и допуски пластин могут быть выбраны в зависимости от условий эксплуатации.

ПромышленностьКомпонентыПримеры оценок
ОбработкаРежущие пластиныP25 для токарной обработки стали
P35 для обработки алюминия
P50-P60 для высокоскоростной обработки
Обработка металлов давлениемЧертежные штампы, пуансоныP20-P40 со смешанной керамикой
Бурение нефтяных скважинУплотнительные поверхности, сопла для подачи жидкостиC1-C3 для устойчивости к эрозии
C5-C7 для повышения износостойкости

Технические характеристики размеров пластин из спеченного карбида

Спеченные твердосплавные пластины производятся в стандартных и индивидуальных размерах с типичной толщиной от 1 мм до 50 мм. Пластины толщиной более 4 мм изготавливаются методом спекания-HIP, а более тонкие пластины толщиной 1-3 мм могут быть изготовлены методом прессования и спекания:

Доступны стандартные размеры

  • Квадратные пластины размером до 400 мм x 400 мм
  • Прямоугольные пластины различной длины и ширины
  • Круглые пластины или диски диаметром до 300 мм
  • Вырезание деталей по размерам в соответствии с требованиями заказчика

Диапазон толщины

  • Ультратонкие пластины толщиной от 0,5 мм до 1 мм
  • Стандартные пластины толщиной от 1 мм до 4 мм
  • Толстые листы толщиной более 4 мм, изготовленные методом горячего изостатического прессования

Допуски на размеры

РазмерТолерантность
Длина / Ширина±0,20%
Толщина±0,25%
Плоскость±0,10% на 25 мм
Angularity1 степень

Соответствующие размеры пластин - толщина, площадь поверхности и размер - выбираются в зависимости от требований конечного применения. Более толстые пластины выдерживают большие нагрузки при износе, а тонкие 0,5-1 мм используются в качестве уплотнительных поверхностей или мишеней для напыления.

Степени и стандарты пластин из спеченного карбида

Спеченные марки карбида имеют стандартизированные составы, определяемые классом композита, источниками порошка и технологическими процессами в соответствии с системами классификации, опубликованными ISO, ASTM и национальными органами по стандартизации:

Композитный класс

  • Цементированные карбиды обозначаются как марки P, M или K в зависимости от структуры
  • Марки P на основе WC-Co с различными добавками карбида
  • Марки M с добавками Mo для повышения прочности при высоких температурах
  • Марки K с содержанием NbC и TaC для повышения износостойкости

Порошковое сырье

  • Источники порошка карбида квалифицируются по степени чистоты
  • Металлические связующие порошки должны иметь размер и форму частиц
  • Содержание углерода, ингибиторы, агенты роста зерна

Стандарты классификации

СтандартОпределение оценок
ISO 513Состав и применение марок цементированного карбида
ASTM B766Требования к микроструктуре, физическим и механическим свойствам
JIS C 4020Японский промышленный стандарт на марки цементированного карбида

Эти стандарты гарантируют, что спецификации и марки продуктов из спеченного карбида имеют стандартизированные свойства во всем мире для контроля качества и взаимозаменяемости деталей.

Поставщики и стоимость пластин из спеченного карбида

Пластины из спеченного карбида предлагаются несколькими мировыми поставщиками, которые специализируются на производстве цементированных карбидов и технической керамики. Азиатские производители доминируют на рынке благодаря более низким затратам на сырье и энергию.

Основные поставщики спеченного карбида

  • Sandvik Hard Materials (Швеция)
  • Группа Ceratizit (Люксембург)
  • NTK Cutting Tools (Япония)
  • Чжучжоуский цементированный карбид (Китай)
  • Корпорация Tungaloy (Япония)

Ценообразование

  • Стоимость одной пластины зависит от размера, требуемой марки, объема заказа.
  • От $5 за штуку для марки P10 до $250 за штуку для ультратонких или горячепрессованных марок.
  • Средняя стоимость составляет $25-50 за лист для распространенных марок среднего класса

Соображения, связанные с поиском поставщиков

  • Срок выполнения заказа по индивидуальному заказу может составлять 10-12 недель
  • Стандартные размеры по каталогу быстрее поступают на склад
  • Оптимально приобретать продукцию через официальных дистрибьюторов

При расчете бюджета требования к конечному применению определяют выбор марки материала, которая впоследствии определяет стоимость одного листа. Чтобы выбрать наиболее экономически эффективную марку для конкретных условий работы, необходимо проконсультироваться с инженерами по применению.

Плюсы и минусы Пластины из спеченного карбида

ПреимуществаНедостатки
Отличная твердость и износостойкостьХрупкие с пониженной вязкостью разрушения
Прочность сохраняется при высоких температурахЧувствительны к растрескиванию при тепловом ударе
Химически инертен к большинству кислот и растворителейОтносительно дороже, чем сталь
Последовательное и надежное поведениеТребуется алмазная шлифовка из-за высокой твердости
Возможно изготовление сложных формБолее низкая прочность на изгиб по сравнению со сталью
Возможность настройки состава и обработкиДля придания прочности требуется кобальтовое связующее
Лучшая отделка по сравнению с литыми твердыми сплавамиСложно поддается обработке из-за твердости

Когда использовать спеченный карбид?

Рассматривайте спеченные твердые сплавы, когда сталь не выдерживает условий эксплуатации:

  • Чрезвычайно абразивный износ
  • Высокие нагрузки и контактные напряжения
  • Многократные удары или циклические нагрузки
  • Температуры свыше 500°C
  • Очень агрессивное химическое воздействие

Когда следует избегать спеченного карбида?

  • Для гибких компонентов, требующих подпружинивания
  • Применение с возможностью механических ударных нагрузок
  • Ситуации, требующие высокой вязкости разрушения
  • Экономичные области применения, где может быть достаточно стали

Для многих критических компонентов, работающих в экстремальных условиях, таких как сопла, уплотнения и штампы, спеченный карбид является лучшим выбором материала, несмотря на более высокую цену.

sintered carbide plates

Сравнение с другими видами твердого сплава

ПараметрСпеченный карбидЛитой карбидТвердые сплавы с PVD-покрытием
СоставWC-Co со спеканиемБез связующего, литая микроструктураПодложка WC-Co с PVD-покрытием
ТвердостьДо 96 HRA85-88 HRA92-94 HRA
Предел прочности при поперечном разрыве550 - 1100 МПа210 - 350 МПа500 - 600 МПа
Вязкость разрушения10 - 25 МПа√м3 - 6 МПа√м8 - 15 МПа√м
Химическая стойкостьСреднееОтличныйХорошая защита от коррозии
Устойчивость к тепловому ударуЯрмаркаЛучшееХорошая устойчивость к термической усталости
ИзготавливаемостьСложные детали ПМПределы геометрии для литьяПокрытие после спекания
Примеры примененияРежущие инструменты, штампыУплотнительные поверхности, детали клапановСверлильные, фрезерные, токарные пластины

Основные отличия:

  • Литой карбид содержит меньше связующего, поэтому очень хрупок.
  • Спеченные сорта обеспечивают наилучший баланс твердости и прочности благодаря специально подобранному составу WC-Co
  • PVD-покрытие повышает инертность и устойчивость к окислению

Оптимальный выбор твердого сплава зависит от требований конечного применения - ожидаемых нагрузок, температур, требований к точности и т.д. Рекомендуется проконсультироваться с экспертами по материалам.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

В: Подходят ли пластины из спеченного карбида для использования в кислотах?

О: Пластины из спеченного карбида обладают средней химической стойкостью. Индивидуальные сорта с никелевым связующим обеспечивают повышенную устойчивость к кислотам. Но их не следует использовать с концентрированными HF, HNO3 или горячей H2SO4, которые разрушают как WC, так и связующее вещество.

Вопрос: Каковы функции ингибиторов роста зерен в цементированных карбидах?

О: Небольшие добавки VC, Cr3C2, TaC контролируют размер зерна WC во время спекания. Мелкие зерна размером < 2 микрон повышают твердость и прочность. Ингибиторы роста зерен ограничивают созревание Оствальда, образуя вторые фазы на границах WC-Co.

Вопрос: Следует ли мне использовать марки с более высоким или более низким содержанием кобальта для моей области применения?

О: Более высокий уровень кобальта 9-15% связывает зерна WC, повышая прочность на излом и ударопрочность, но немного снижает твердость. Более низкий кобальт 3-6% максимизирует твердость для сопротивления истиранию, но делает продукт более хрупким с более низким TRS.

Вопрос: Что вызывает термические трещины в спеченных твердосплавных компонентах?

О: Твердые сплавы имеют гораздо меньшее тепловое расширение по сравнению со стальными деталями. Быстрый нагрев или охлаждение вызывают термические напряжения из-за несоответствия СТЭ. Эти временные напряжения приводят к возникновению и распространению трещин внутри твердого сплава, резко снижая его прочность.

Вопрос: Как из спеченного карбида изготавливаются уплотнения и штампы сложной формы?

О: Сложные детали, близкие к сетчатой форме, изготавливаются из мелкодисперсных порошков методом литья под давлением. Это позволяет спекать точные компоненты, соответствующие проектным спецификациям, после удаления связующего и уплотнения.

узнать больше Карбид вольфрама

Share This Post:

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Оглавление

Самые популярные

Свяжитесь с нами

Свяжитесь с нами

Для заполнения этой формы включите JavaScript в вашем браузере.
На ключе

Related Posts

Carbide Rod

What Are the Quality Standards for Carbide Rods?

The Use of Carbide Rods Carbide rods are the backbone of precision machining and manufacturing. Used in everything from cutting tools to industrial machinery, these high-performance materials offer unmatched hardness,

Связаться с Настоящее время

Для заполнения этой формы включите JavaScript в вашем браузере.